Trepov var transportminister under Ivan Goremykins og Boris Stürmers regjeringer og var pådrivende for utbyggingen av jernbanenettet. Etter at den konservative Stürmer ble avskjediget av tsar Nikolaj II ble Trepov utnevnt til ministerpresident (regjeringssjef) den 23. november 1916. Han forsøkte som ministerpresident å forbedre det dårlige forholdet til dumaen og innskrenke Grigorij Rasputins makt over russisk politikk.